CN104455739A - 一种热力输送管道用节能支架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热力输送管道用节能支架，包括支架本体和设置在支架本体内侧的内衬筒，所述支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，所述波纹的波峰处和波谷处分别呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，所述波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，组装后，所述波峰处外凸曲面的顶点与热力输送管道的外套管接触。本发明的优点是工艺性好，便于运输和安装，接触面积小，热量传输路径变长，大大减少了支架的散热损失，使得支架末端的温度显著降低，节约了能源。

Description

一种热力输送管道用节能支架

技术领域

本发明涉及一种管道用支架，尤其是一种热力输送管道用节能支架。

背景技术

热力管道是输送蒸汽等热能介质的管道，目前被广泛应用到生产、生活的各个领域中，其特点是输送的介质温度高、压力大、流速快，在运行时会给管道带来较大的膨胀力和冲击力，故此需在管道中安装支架。支架作为热力管道的重要组件，其散热对热力管道的热力输送效率具有制约作用。在动辄几公里、十几公里甚至几十公里的长距离热力输送管线中，每隔十几米就会安装一个支架，用来支撑热力输送管线。现有的支架与管道之间由于热传导造成的散热损失较为严重，不仅对管道的保温结构造成破坏，还会造成能源和经济的极大浪费。因此，节能支架的研发是热力输送设备领域较为重要的项目之一。热力管道支架是将保温隔热与承力性能集于一体，但是二者相互矛盾、相互制约，是一个热力耦合问题，需要支架结构在承力性能与隔热之间达成一种有益的平衡，以兼顾保温隔热和承力两种性能。然而传统的热力管道支架，或者只注重结构的承力性能而忽略了结构的隔热设计，或者其隔热设计不合理、不充分，造成支架的热能损失一直居高不下、难以解决。

据申请人检索发现，申请号为201310220217.9、201220622865.8、200920047224.2和200920098514.x的中国专利均公开了一种隔热支架，安装在“钢套钢”蒸汽保温管中，仅仅用以解决工作管在外套管中的滑动问题。这些支架不仅结构复杂，还具有一定的方向性，运输和安装困难，也不能有效地解决管道支架造成的热能损失问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种热力输送管道用节能支架，不仅具有隔热效果好，结构简单，工艺性好，安装运输方便的优点，还能在提供可靠支撑和滑动的基础上，有效地减少支架处的热桥效应，实现高效隔热保温，节约了能源，符合国家节能减排政策的要求。

为了达到以上目的，本发明的热力输送管道用节能支架，包括支架本体和设置在支架本体内侧的内衬筒，所述支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，所述波纹的波峰处和波谷处分别具有呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，所述波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，组装后，所述波峰处外凸曲面的顶点与热力输送管道的外套管接触。综上可知，支架本体的内外两侧均采用点-面接触方式，接触面积小，摩擦力小，相应的热传导的传热面积也小，而且支架本体的外凸曲面和内凹曲面呈拱形弯曲，支架受力稳定，具有较长的热传递路径，在承力性能优异的前提下，大大减少了从工作管保温层到外套管传递的热量，将隔热与承力性能有机结合于一体。

优选的，所述内衬筒略长于支架本体，所述内衬筒套接在工作管的保温层上，所述支架本体的内凹曲面与内衬筒的外壁接触，外凸曲面与外套管的内壁接触。这样，内衬筒起到使支架生根固定及保护保温层的作用。

进一步的，所述工作管与外套管之间具有空气层，将所述支架本体和内衬筒置于工作管与外套管之间的空气层中，使得支架本体完全处于空气层中。

再进一步的，所述支架本体与内衬筒之间填满保温材料，所述支架本体与外套管之间填充有一定厚度的保温材料，将所述支架本体和内衬筒置于保温材料层中，支架本体与外套管之间还留有一定厚度的空气层。支架完全置于保温层中，在热量传递过程中支架内部很大一部分热量会被截留在软质的保温材料层中，极大地降低了支架的热桥效应。

更进一步的，所述内衬筒的内壁上涂有保温涂料，所述保温涂料上覆盖有铝箔反射层，使内衬筒具有一定的反射隔热性能，进一步提高了支架整体的隔热性能。

优选的，所述支架本体的外径略小于外套管的内径，组装后，所述支架本体的上部与外套管之间留有空隙。支架本体的外径为支架本体上所有外凸曲面的顶点所构成圆的直径，内径为支架本体上所有内凹曲面的顶点所构成圆的直径。支架本体的上部与外套管之间留有空隙，使得位于支架本体上半部分的若干个外凸曲面不与外套管接触，仅有下半部分的若干个外凸曲面与外套管接触，导致支架本体与外套管的接触点较少，继而减少了接触面积和热量传递的路径；空隙还可使支架本体在外套管内滑动，若遇到焊缝或其他突起物时支架自行上移，避免影响工作管的轴向移动。

优选的，外凸、内凹曲面的横截面为一曲率渐变的曲线，具体可为圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线或正弦波，其轴向截面为圆弧。这样，通过给内凹、外凸曲面选取不同的波形，就可以改变支架本体的承力性能，适用于不同的热力输送管。另外支架本体上的内凹曲面与相邻的外凸曲面是通过弧面光滑连接的，与传统支架的径向直线分布相比，由于支架本体特殊的曲面结构，其内外两侧的热量传递路径变长，能进一步降低支架的热桥效应。

优选的，所述支架本体上外凸曲面或内凹曲面的个数优选为6～15，使得支架本体的内、外圈上分别设有6～15个向外凸起的曲面波纹，曲面波纹的形状、数量、波高和壁厚等参数可根据节能支架的实际应用条件和要求来设计和选取，波形可选用圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线、正弦波等。

本发明的优点是：

1.本发明的支架采用点接触形式连接，减小了接触面积和摩擦力，与传统支架的线接触形式连接相比，不仅大大减少了从工作管保温层传递到支架的热量，还减少了从支架传递到外套管的热量；

2.支架本体采用波纹状结构，使其在结构上不具有方向性，便于成形、运输和安装；

3.由于支架本体具有独特的波纹状结构，支架的环境适应能力很强，还可通过适当选取外凸、内凹曲面的个数及其波形、波高和壁厚等参数，将支架本体直接置于很薄的空气层中，有效地抑制对流传热；

4.通过给支架本体的外凸、内凹曲面选取不同的波形，就可以改变支架本体的承力性能，继而被应用于不同环境下的热力管。

    综上可知，本发明的支架工艺性好，便于运输和安装，接触面积小，热量传输路径边长，大大减少了支架的散热损失，使得支架末端的温度显著降低，节约了能源。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图1的侧视图。

图4是图1中支架本体的基本组成单元示意图。

图5是截面为正弦波形的支架本体的结构示意图。

图6是截面为三角形的支架本体的结构示意图。

图7是支架本体与内衬筒的点接触示意图。

图8是支架本体处于空气层中的组装示意图。

图9是图8的内部结构示意图。

图10是支架本体处于保温材料层中的组装示意图。

图11是图10的内部结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的热力输送管道用节能支架，其结构如图1、图2和图3所示，包括支架本体1和设置在支架本体1内侧的内衬筒2，且内衬筒2的两端略长于支架本体1。支架本体1的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，波纹的波峰处具有呈拱形的外凸曲面a，波谷处具有呈拱形的内凹曲面b。两个相邻的外凸曲面a、内凹曲面b构成波纹的基本组成单元，本实施例的支架本体1是由10个基本单元首尾光滑连接构成的，基本单元中外凸曲面a和内凹曲面b的开口相反，外凸曲面a的开口朝向基圆d的圆心，内凹曲面b的开口背向基圆d的圆心，且外凸曲面a和内凹曲面b通过弧面在c点处光滑连接并相对于c点中心对称；外凸曲面a和内凹曲面b的横截面均为半圆弧形(见图4)，可使外凸曲面a和内凹曲面b的受力稳定，并且由于这一特殊的曲面结构，支架本体1内外两侧的热量传递路径变长，导致节能支架的热桥效应降低。

组装时，先将支架本体1的内圈套在内衬筒2上，使波谷处内凹曲面b的顶点与内衬筒2接触，再将内衬筒2套接在工作管3的保温层4上，防止节能支架直接架设在保温材料上破坏保温层4，然后将外套管5套在支架本体1的外圈上，使波峰处外凸曲面a的顶点与热力输送管道的外套管5接触。其中，外凸曲面a和内凹曲面b的外部均呈蛋壳形，其顶点与与内衬管2及外套管5的接触形式均为点接触，例如内凹曲面b与内衬筒2在o点处呈点接触（见图7），点接触结构的接触面积小，摩擦力小，相应地热传导的传热面积也小。

支架本体1的外径为所有外凸曲面a顶点所构成圆的直径，内径为所有内凹曲面b顶点所构成圆的直径。支架本体1的外径略小于外套管5的内径，组装后在管道中，支架本体1的上部与外套管5之间留有空隙，导致支架本体1与外套管5的接触点较少，进而导致接触面积和热量传递的路径减少，同时可使支架本体1在外套管5内滑动，若遇到焊缝或其他突起物时支架自行上移，避免影响工作管3的轴向移动。

在内衬筒2的内壁上涂有耐高温隔热保温涂料，该保温涂料是由合成硅酸盐溶液、硅酸铝纤维、热反射物质和精选空心玻璃微珠精加工而成。保温涂料上覆盖有反射层（反射层为铝箔反射层），使内衬筒2具有一定的反射隔热性能。另外，工作管3与外套管5之间具有空气层6，将支架本体1和内衬筒2置于空气层6中，并且支架本体1位于内衬筒2与外套管3中间，完全处于空气层6中（见图8和图9）。这种结构在有效降低支架热桥效应的同时，也起到空气层隔热、排潮等作用，便于在支架的空气层6内设置泄漏检测线或传感器，适用于口径较小或保温层4厚度不大的保温管，尤其是对于小口径管道或可供支架的设计空间较小的情况下，该结构的支架具有无可比拟的优势。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：如图10和图11所示，内衬筒2套在工作管3的保温层4上，支架本体1置于内衬筒2与外套管5之间，在支架本体1与内衬筒2之间填满玻璃棉保温材料7，并在支架本体1与外套管5之间也填充有一定厚度的玻璃棉保温材料7，同时在支架本体1与外套管5之间留有一定厚度的空气层6，即将支架本体1和内衬筒2置于保温材料层中，这种结构适用于保温层4较厚且具有多层保温层4的保温管结构。由于支架本体1具有多个波纹，其本身的表面积较大，在这种组装结构中，支架本体1的所有内外表面均为保温材料7所包裹，当热量在支架内部传递时，从内部硬质保温层4上传递到支架上的热量中的很大部分会耗散在软质的保温材料层中，最终通过支架传递到外套管5上的热量会显著减少，使用该组装结构在很大程度上降低了支架的热桥效应，节约了能源，有效降低了成本。

实施例三

本实施例与实施例一、二的不同之处在于：支架本体由13个波纹基本组成单元首尾光滑连接组成，组成基本单元的内凸曲面和外凹曲面的横截面为正弦波形，轴向截面为圆弧。另外，支架本体1的外径为支架本体1上的所有外凸曲面的顶点所构成的圆f的直径，内径为支架本体1上的所有内凹曲面b的顶点所构成的圆e的直径。（见图5）。

实施例四

本实施例与实施例一、二的不同之处在于：支架本体由8个波纹基本组成单元首尾光滑连接组成，组成基本单元的外凸曲面和内凹曲面的横截面为三角形，轴向截面为圆弧（见图6）。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种热力输送管道用节能支架，其特征是：包括封闭环状的支架本体和设置在支架本体内侧的内衬筒，所述支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，所述波纹的波峰处和波谷处分别具有呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，所述波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，组装后，所述波峰处外凸曲面的顶点与热力输送管道的外套管接触。

2.根据权利要求1所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述内衬筒略长于支架本体，所述内衬筒套接在工作管的保温层上，所述支架本体的内凹曲面与内衬筒的外壁接触，外凸曲面与外套管的内壁接触。

3.根据权利要求2所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述工作管与外套管之间具有空气层，将所述支架本体和内衬筒置于工作管与外套管之间的空气层中。

4.根据权利要求2所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述支架本体与内衬筒之间填满保温材料，所述支架本体与外套管之间填充有一定厚度的保温材料，将所述支架本体和内衬筒置于保温材料层中，所述支架本体与外套管之间还留有空气层。

5.根据权利要求3或4所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述内衬筒的内壁上涂有保温涂料，所述保温涂料上覆盖有铝箔反射层。

6.根据权利要求2所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述支架本体的外径略小于外套管的内径，组装后，所述支架本体的上部与外套管之间留有空隙。

7.根据权利要求1所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述外凸、内凹曲面的横截面为圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线或正弦波，其轴向截面为圆弧。

8.根据权利要求1所述的热力输送管道用节能支架，其特征是：所述支架本体上外凸曲面或内凹曲面的个数优选为6～15。